Diode Zener - nó là gì và nó dùng để làm gì?

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 14:05

Diode zener là một diode bán dẫn với các đặc tính độc đáo. Nếu một chất bán dẫn thông thường là chất cách điện khi được bật trở lại, thì nó thực hiện chức năng này cho đến khi điện áp đặt vào tăng lên nhất định, sau đó xảy ra sự cố có thể đảo ngược giống tuyết lở. Với sự gia tăng hơn nữa dòng điện ngược chạy qua điốt zener, điện áp tiếp tục không đổi do điện trở giảm theo tỷ lệ thuận. Bằng cách này, có thể đạt được chế độ ổn định.

Ở trạng thái đóng, một dòng điện rò nhỏ đầu tiên đi qua diode zener. Phần tử hoạt động giống như một điện trở, giá trị điện trở của nó là lớn. Trong quá trình đánh thủng, điện trở của diode zener trở nên không đáng kể. Nếu chúng ta tiếp tục tăng điện áp ở đầu vào, phần tử bắt đầu nóng lên và khi dòng điện vượt quá giá trị cho phép, không thể đảo ngượcsự cố nhiệt. Nếu vấn đề không được giải quyết, khi điện áp thay đổi từ 0 đến giới hạn trên của vùng làm việc, các đặc tính của diode zener được bảo toàn.

Khi bật trực tiếp một diode zener, các đặc tính giống như diode. Khi điểm cộng được nối với vùng p và vùng trừ được nối với vùng n, thì điện trở quá độ sẽ nhỏ và dòng điện chạy tự do qua nó. Nó tăng khi điện áp đầu vào tăng lên.

Diode zener là một diode đặc biệt được kết nối chủ yếu theo chiều ngược lại. Phần tử đầu tiên ở trạng thái đóng. Trong trường hợp xảy ra sự cố điện, diode zener điện áp duy trì nó không đổi trong một phạm vi dòng điện rộng.

Một dấu trừ được áp dụng cho cực dương và một dấu cộng cho cực âm. Ngoài mức ổn định (dưới điểm 2), hiện tượng quá nhiệt xảy ra và xác suất lỗi phần tử tăng lên.

Tính năng

Các thông số củaZener như sau:

• U_st- điện áp ổn định ở dòng định mức I_st;
• I_{stmin- dòng điện khởi động sự cố điện tối thiểu;}
• I_{stmax- dòng điện tối đa cho phép;}
• TKN - hệ số nhiệt độ.

Không giống như diode thông thường, diode zener là một linh kiện bán dẫn trong đó các vùng đánh thủng điện và nhiệt nằm khá xa nhau về đặc tính điện áp dòng điện.

Liên kết với dòng điện tối đa cho phép là một tham số thường được chỉ định trongbảng - tiêu tán điện:

P_max=I_stmax∙ U_st.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của diode zener có thể là dương hoặc âm. Bằng cách kết nối các phần tử trong chuỗi với hệ số của các dấu hiệu khác nhau, điốt zener chính xác được tạo ra mà không phụ thuộc vào quá trình sưởi ấm hoặc làm mát.

Đề án bao gồm

Mạch điển hình của bộ ổn định đơn giản, bao gồm điện trở chấn lưu R_{bvà một diode zener giúp ngắt tải.}

Trong một số trường hợp, có sự vi phạm về ổn định.

1. Phụ thuộc vào bộ ổn định điện áp lớn từ nguồn điện với sự hiện diện của tụ lọc ở đầu ra. Dòng điện tăng vọt khi sạc nó có thể gây hỏng diode zener hoặc phá hủy điện trở R_b.
2. Nạp tắt máy. Khi đặt điện áp tối đa vào đầu vào, dòng điện của diode zener có thể vượt quá mức cho phép, dẫn đến hiện tượng nóng và phá hủy nó. Ở đây, điều quan trọng là phải quan sát khu vực làm hộ chiếu lao động an toàn.
3. Điện trở R_{bđược chọn nhỏ để ở điện áp cung cấp tối thiểu có thể và dòng điện tối đa cho phép ở tải, diode zener nằm trong vùng điều chỉnh làm việc.}

Các mạch hoặc cầu chì bảo vệ Thyristor được sử dụng để bảo vệ bộ ổn định.

Điện trở R_{bđược tính theo công thức:}

R_b=(U_pit- U_nom) (I st_{+ I}n _).

Hiện tạidiode zener I_stđược chọn giữa các giá trị tối đa và tối thiểu cho phép, tùy thuộc vào điện áp đầu vào U_pitvà dòng tải I_n.

Lựa chọn Zener

Các phần tử có mức chênh lệch điện áp ổn định lớn. Để có được giá trị chính xác của U_{n, các điốt zener được chọn từ cùng một lô. Có những loại có phạm vi tham số hẹp hơn. Với khả năng tiêu tán công suất cao, các phần tử được lắp đặt trên bộ tản nhiệt.}

Để tính toán các thông số của diode zener, dữ liệu ban đầu là bắt buộc, ví dụ như sau:

• U_{pit=12-15 V - điện áp đầu vào;}
• U_{st=9 V - điện áp ổn định;}
• R_{n=50-100 mA - tải.}

Các thông số đặc trưng cho các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp.

Đối với điện áp đầu vào tối thiểu là 12 V, dòng điện trên tải được chọn tối đa - 100 mA. Theo định luật Ohm, bạn có thể tìm thấy tổng phụ tải của mạch:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Tại diode zener, điện áp rơi là 9 V. Đối với dòng điện 0,1 A, tải tương đương sẽ là:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 Ohm.}

Bây giờ bạn có thể xác định điện trở của chấn lưu:

R_{b=120 Ohm - 90 Ohm=30 Ohm.}

Nó được chọn từ hàng tiêu chuẩn, trong đó giá trị giống với giá trị được tính toán.

Dòng điện tối đa qua diode zener được xác định có tính đến việc ngắt kết nối tải để nó không bị hỏng nếu bất kỳ dây nào chưa được bán. Điện áp giảm trên điện trở sẽ là:

Ư_{R=15 - 9=6 B.}

Khi đó dòng điện qua điện trở được xác định:

I_{R=6/30=0, 2 A.}

Vì diode zener được mắc nối tiếp với nó nên tôi_c=I_{R=0,2 A.}

Công suất tiêu tán sẽ là P=0,2 ∙ 9=1,8 W.

Theo các thông số thu được, một diode Zener D815V phù hợp được chọn.

Diode zener đối xứng

Thyristor điốt đối xứng là thiết bị đóng cắt dẫn dòng điện xoay chiều. Một tính năng của công việc của nó là giảm điện áp lên đến vài vôn khi được bật trong khoảng 30-50 V. Nó có thể được thay thế bằng hai điốt zener thông thường được kết nối ngược chiều. Các thiết bị được sử dụng làm phần tử chuyển mạch.

Tương tự của một diode zener

Khi không thể tìm thấy một phần tử phù hợp, họ sử dụng một chất tương tự của một diode zener trên các bóng bán dẫn. Ưu điểm của chúng là khả năng điều chỉnh điện áp. Bộ khuếch đại DC nhiều tầng có thể được sử dụng cho việc này.

Một bộ phân áp có điện trở cắt R1 được lắp ở đầu vào. Nếu điện áp đầu vào tăng, trên cơ sở của bóng bán dẫn VT1, nó cũng tăng. Đồng thời, dòng điện qua bóng bán dẫn VT2 tăng lên, bù đắp cho sự gia tăng điện áp, do đó duy trì nó ổn định ở đầu ra.

Đánh dấu điốt zener

Điốt zener thủy tinh và điốt zener trong hộp nhựa được sản xuất. Trong trường hợp đầu tiên, 2 số được áp dụng cho chúng, giữa chúng có chữ V. Dòng chữ 9V1 có nghĩa làƯ_{st=9, 1 V.}

Trên vỏ nhựa, các chữ khắc được giải mã bằng biểu dữ liệu, nơi bạn cũng có thể tìm hiểu các thông số khác.

Vòng tối trên vỏ cho biết cực âm mà dấu cộng được kết nối với.

Kết

Diode zener là một diode có các đặc tính đặc biệt. Ưu điểm của điốt zener là mức ổn định điện áp cao với khả năng thay đổi dòng điện hoạt động đa dạng, cũng như sơ đồ đấu nối đơn giản. Để ổn định điện áp nhỏ, các thiết bị được bật theo chiều thuận và chúng bắt đầu hoạt động như điốt thông thường.